論文の概要: Emergent macroscopic bistability induced by a single superconducting qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.14182v1
• Date: Tue, 25 Oct 2022 17:20:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-21 15:56:48.349160
• Title: Emergent macroscopic bistability induced by a single superconducting qubit
• Title（参考訳）: 単一超伝導量子ビットによる創発的巨視的ビスタビリティ
• Authors: R. Sett, F. Hassani, D. Phan, S. Barzanjeh, A. Vukics, J. M. Fink
• Abstract要約: 連続駆動キャビティQED系における光子分解は、一階駆動散逸型量子相転移の素例として提案されている。 この研究では、固定結合強度$g$の1つのトランモン量子ビットを、この熱力学限界に制御的にアプローチするために、その場で帯域幅$kappa$調整可能な超伝導キャビティに結合する。 システムはまだ微視的だが、よりマクロ的な振る舞いを、$g/kappa$の関数として観察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The photon blockade breakdown in a continuously driven cavity QED system has been proposed as a prime example for a first-order driven-dissipative quantum phase transition. But the predicted scaling from a microscopic system - dominated by quantum fluctuations - to a macroscopic one - characterized by stable phases - and the associated exponents and phase diagram have not been observed so far. In this work we couple a single transmon qubit with a fixed coupling strength $g$ to an in-situ bandwidth $\kappa$ tuneable superconducting cavity to controllably approach this thermodynamic limit. Even though the system remains microscopic, we observe its behavior to become more and more macroscopic as a function of $g/\kappa$. For the highest realized $g/\kappa \approx 287$ the system switches with a characteristic dwell time as high as 6 seconds between a bright coherent state with $\approx 8 \times 10^3$ intra-cavity photons and the vacuum state with equal probability. This exceeds the microscopic time scales by six orders of magnitude and approaches the near perfect hysteresis expected between two macroscopic attractors in the thermodynamic limit. These findings and interpretation are qualitatively supported by semi-classical theory and large-scale Quantum-Jump Monte Carlo simulations. Besides shedding more light on driven-dissipative physics in the limit of strong light-matter coupling, this system might also find applications in quantum sensing and metrology.
• Abstract（参考訳）: 連続駆動キャビティqed系における光子遮断破壊は、一階駆動拡散量子相転移の第一例として提案されている。 しかし、量子ゆらぎによって支配される顕微鏡システムから、安定な位相を特徴とするマクロスケールへのスケーリングや、関連する指数や位相図は今のところ観測されていない。 この研究では、固定結合強度を持つ1つのトランスモンキュービットを、この熱力学的限界に制御するために、現在使用中の帯域幅$\kappa$チューン可能な超伝導キャビティに$g$で結合する。 系は微視的でありながら、その挙動はより巨視的になり、$g/\kappa$の関数として観察される。 最高に実現された$g/\kappa \approx 287$では、システムは、$\approx 8 \times 10^3$の明るいコヒーレント状態と、同じ確率で真空状態との間の6秒の特性的なドウェル時間でスイッチする。 これは微視的な時間スケールを6桁超え、熱力学的限界の2つの巨視的アトラクタの間で予想されるほぼ完全なヒステリシスに近づく。 これらの発見と解釈は、半古典理論と大規模量子ジャンプモンテカルロシミュレーションによって定性的に支持されている。 強い光-物質結合の限界において、駆動散逸物理学により多くの光を遮蔽するだけでなく、このシステムは量子センシングや気象学にも応用できるかもしれない。

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